多項式干擾消除編碼

在5.2 節中，我們引入頻率偏移分析成對錯誤機率，討論獲得最大分集增益 2 節前的結論(3)指出一般的空

分集增益對抗載波間干擾是不夠的，吾人需要從結構上

。在此節中，我們將介紹多項式干擾消除編碼 lynomial Cancellation Coding, PCC)的原理，之後結合多項式干擾消除編碼和

[12] 個相鄰子載波

由5.3.1 小節所舉r= 的多項式干擾消除編2

但不使用通道交織器(Channel Interleaver)，解碼器使用斐特比(Viterbi)解碼器 [37][38][39]進行解碼。各種不同的變因模擬討論列舉如下。

r Polynomial)為(5,7)[38]，

A. 模擬常數頻率偏移 :

在這個模擬中，我們使用 64 個子載波，在傳送端有兩根傳送天線，接收端 則有兩個系統其一配備一根接收天線(因此至少有分集增益D= )，其一配備兩2 根接收天線(至少有分集增益D= )，我們模擬歸一化的頻率偏移量分別為 0%，4 1%，10%，和 20%下，空頻碼在兩系統中的成對錯誤機率。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

10^-3 10^-2 10^-1

SNR(dB) PEP of simulation A

d=

PEP

4,NFO=0%

d=4,NFO=1%

d=4,NFO=10%

d=4,NFO=20%

d=2,NFO=0%

d=2,NFO=1%

d=2,NFO=10%

d=2,NFO=20%

圖5 圖

從模擬圖可看出，總體來說，擁有較大分集增益的系統效能比分集增益較小 .4-1 常數頻率偏移下的 PEP 模擬

的系統好。在歸一化頻率偏移為1%的誠對錯誤機率曲線和沒有頻率偏移的曲線 幾乎完全重合，令ε₀ =1%代入(5.2.15)式，得L≈1，理論值和模擬數據皆顯示效 損失甚小。在歸一化頻率偏移 10%時，載波間干擾較為嚴重，因此在圖中

O=10%的曲線皆往右移，我們可以看到擁有 能

NF D= 分集增益的系統右移的幅4

統右移量少。歸一化頻率偏移20%下，載波間干擾變 多在22dB 出現錯誤地板現象，此時增大訊雜比並不 度，較分集增益D= 的系2

得非常的嚴重，空頻碼差不 會使錯誤率有顯著的下降。

B. 比較使用與不用抑制載波干擾的空頻碼 :

這個模擬中，我們使用128 個子載波，在傳送端有兩根傳送天線，接收端皆

為一根接收天線，模擬歸一化的頻率偏移量分別為0%，1%，10%，和 20%，這 模擬的目的在於觀察SC1 與 SC2 空頻碼的效能差異。

個

PEP of simulation B

10 12 14 16 18 20 22 24

10^-3 10^-2 10^-1

PEP

SNR(dB) SC1,NFO=0

SC1,NFO=1%

SC1,NF0=10%

SC1,NFO=20%

SC2,NFO=0 SC2,NFO=1%

SC2,NF0=10%

SC2,NFO=20%

圖5.4-2 抑制載波干擾空頻碼在常數頻率偏移下的 PEP 模擬圖

從圖5.4-2 中，可得到成對錯誤機率曲線在 NFO =0% 和 1%幾乎完全重疊，

和A 模擬一致。值得注意的是，在 NFO =0% 時，SC1 和 SC2 的成對錯誤機率 曲線差異非常小(<0.2dB)，這個現象符合 5.3.2 小節的證明，SC1 和 SC2 可達到

相同的分集增益和編 線和觀察錯誤率為

0⁻ 的交點，我們可以看出SC2 只有很小的效能損失，差不多 0.8dB，然而 SC1 卻有

碼增益。從NFO= 10%的成對錯誤機率曲 1 3

相當大的效能損失，差不多1.4dB 左右，此外 SC2 大大降低了在 NFO= 20%

的錯誤地板現象。

C. 模擬變數頻率偏移 :

在現實的通道 頻率偏移量對於不同的天線對和不同的正交載波多工符號 可有不同的偏移，我們使用在[ E E₀, ₀]

中，

− 間均勻分布的頻率偏移變數來模擬時變的

頻率偏移量。我們針對|E 為 0%，1%，10%，20％進行模擬，使用 64 個子載波，₀| 在傳送端有兩根傳送天線，接收端則有兩個系統其一配備一根接收天線(分集增 益D= )，其一配備兩根接收天線(分集增益 D 42 = )，模擬圖如圖 5.4-3。

−3

將圖5.4-3 與圖 5.4-1 比較，以成對錯誤機率10 為例，我們可以看到，空頻

編碼效能在隨機的頻率偏移下，只有約1.7dB 的效能下降，而常數頻率偏移量的 成對錯誤機率曲線則是約 3dB 的效能下降，因此同 5.2 節 AS3 的討論所述，我 們的確可以將常數頻率偏移的成對錯誤機率當作隨機頻率偏移的成對錯誤機率 之上界。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

10 10^-1

10^-2

-3

PEP

S (dB) PEP of simulation C

d=4,NFO=0%

d=4,NFO=1%

d=4,NFO=10%

d=4,NFO=20%

d=2,NFO=0%

d=2,NFO=1%

d=2,NFO=10%

d=2,NFO=20%

NR

圖5.4-3 變數頻率偏移下的 PEP 模擬圖

第六章 結論

本計劃提出了縮短循環字首的前置編碼系統，利用多重相位分解觀念一次針 對多個傳送符號進行預編碼，前置編碼後的傳送符號使用與通道階數相當的循環 字首長度，但針對原傳送符號來說可達到等效縮短循環字首的效果，預編碼引入 了傳送符號的內干擾，因此在接收端必需額外使用最小平方法則來偵測信號。為 了更進一步的提升頻譜使用率，本計劃應用直序展頻-分碼多工存取中多重使用 者偵測觀念以及迴音消除之觀念，發展不使用循環字首的多使用者連續干擾消除 演算法與重建循環字首演算法。多使用者連續干擾消除演算法分別就頻域和時域 扣除載波間干擾以及符號間干擾，達到正確的信號偵測。重建循環字首演算法，

利用扣除完載波干擾之初步偵測信號進行循環字首的重建，利用遞迴式的信號偵 測與信號重建達到恢復不使用循環字首之正交分頻多工系統符號的循環性。此 外，因應近年來多重輸入輸出的系統開發，吾人利用多項式編碼概念搭配空頻編 碼設計，並提出在頻率偏移下之空頻碼設計準則，獲得對頻率偏移有強健抗干擾 能力以及擁有良好分集增益之空頻編碼。

吾人從理論分析以及電腦模擬探討在各種通道環境下的不理想效應，探討這 些效應與縮短循環字首長度之正交分頻多工系統收發機設計的影響，同時針對此 架構發展包括通道等化及補償都普勒效應之高效能、低複雜度收發機演算法，並 進行全系統在不同通訊環境下之效能評估及整體運算複雜度之計算。本計劃論述 之技術不僅有較佳的頻譜效率，同時也具備簡單的傳送和接收架構。

國防科技學術合作計畫研發成果資料表

日期：96年12月31日

計畫名稱：適用於衛星通信之高頻譜效益正交分頻多工系統架構之研究 計畫主持人：王忠炫

計畫編號：NSC96-2623-7-009-005-D

期刊

0

論文

研討會

1

技術報告

1

申請

0

獲得

0

專利

應用

0

與軍方研發機構互

(1) 計畫執行期間與軍方合作單位進行技術討論， 不斷修正計畫 方向，使得本計畫所提出之高頻譜效益正交分頻多工系統確 實符合軍方單位之應用需求。

動之具體研發成果

(2) 計畫成果已投稿至中科院所舉辦之技術研討會， 與軍方與會 人員進行深入之技術研討，並擬定未來技術發展之方向。

可推廣於民間產業 之技術或可開發之 產品

(1) 高頻譜效益之正交分頻多工系統。

(2) 頻譜利用率與錯誤率效能權衡機制。

可 推 廣 之 產 業 別

（如無限通訊、微 電等）或可能技 之廠商

(1) 行動無線通訊產業。

(2) 展頻通訊產業。

機 轉

計畫成果自評部份

本計劃分別提出短保護區間之正交分頻多工系統、無保護區間之正交分頻多 工系統與消除載波間干擾之空頻編碼，以完成適用於寬頻衛星傳輸之高頻譜效益 與重建 收發機參數調整，可隨意的調整循換字首長度，以達不 誤率表現、通訊頻寬和收發機複雜度之間 能夠有更為彈性的權衡調整。無保護區間之正交分頻多工系統中，吾人採用直序 展頻-分碼多工處理多重使用者偵測技術以抗衡不使用循環字首所引入的干擾，

並分級對於傳送符號間與載波間進行決策回授式的最小均方差法則信號偵測，建 立連續的干擾消除機制。最後，吾人提出消除載波間干擾的空頻編碼，討論空頻 編碼在頻率偏移下該如何修正設計準則，並結合多項式編碼發展對於載波間干擾 有強健對抗能力且擁有良好分集增益的空頻編碼。原訂預期之工作項目、成果以 及完整理論與效能分析，皆已完成。

本計劃發展短循環字首與無循環字首之正交分

的頻譜利用，此外，發展抗干擾之空頻編碼，進一步提高系統對抗干擾的能力，

並進行全系統於不同通訊傳輸環境下之效能評估與整體運算複雜度計算，結合本 計劃提出的通道等化演算法以及都卜勒補償設計，致使能在不同的通訊環境中大 幅提高數位作戰能力

術報告可作為研究人員學

通訊 供業界諮詢，所培育人

業(或國防)運用。除此之外，本計劃著重於具實用性、低 複雜度等化器與收發

軍戰略佈局之高頻譜效益

高頻譜效益傳輸架構將能在不影響整體效能的前提下 大幅提升系統吞吐量，滿 足國軍數位作戰之需求。

正交分頻多工系統架構。短保護區間系統中，前置編碼正交分頻多工系統 循換字首系統透過些微的

同通訊系統設定的頻譜使用率，致使錯

頻多工系統以提供更有效率

。此份計畫內容亦可充分應用於國防軍事用途之中，相關技 理訓練及後續研發之重要參考，研究成果亦可作為國內 發展之礎石；所累積的技術能提

未來衛星高速多媒體 員亦可給予國內通訊產

機架構設計，將提供給軍事需求單位相關建議，以協助其國

、低複雜度的高速率傳輸系統。本計劃所發展之新一代

，

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在文檔中 適用於衛星通信之高頻譜效益正交分頻多工系統架構研究 (頁 46-56)